草灌生態(tài)護坡力學性能研究.pdf

1、草灌植被在邊坡防護工程中具有廣闊的應用前景，但由于在草灌根系與土相互作用機理研究方面的欠缺，導致工程實踐具有一定的盲目性。本文采用模型試驗、室內試驗、理論分析和數值模擬等方法，從草灌植被的生態(tài)穩(wěn)定性、植被根系形態(tài)及抗拉特性、根土復合體強度特性和生態(tài)護坡的邊坡穩(wěn)定性等方面系統(tǒng)研究草灌生態(tài)護坡機制，主要的研究成果有：
　?。?）通過草灌植被模型試驗，探討坡度、播種量和草灌比對植被的地上生物量及覆蓋度的影響規(guī)律，研究植被護坡的生態(tài)穩(wěn)定性

2、。試驗表明，草灌混播樣地保持水土、抗旱保水能力高于純灌木；從生態(tài)護坡的長期穩(wěn)定性的角度來看，最優(yōu)的草灌比為1:5、最佳的播種量為20g/m2。
　?。?）開展狗牙根與多花木蘭根系形態(tài)分析，結果表明狗牙根為以須根為主的放射型根系，其根系生物量集中在土層下0～20cm范圍內；多花木蘭根系屬復合根型，其根系生物量等生物指標與根莖直徑呈線性正相關，建立了根系直徑與根莖直徑及深度的關系式。
　　（3）對植物根系進行抗拉試驗，研究根系的

3、應力應變關系、抗拉強度及彈性模量特征。研究表明，根系抗拉力隨直徑的增加均呈冪函數增加，抗拉強度隨直徑的增加呈冪函數減少。狗牙根根系的彈性模量在26.55～87.91MPa之間，多花木蘭根系在0.25～2.33GPa之間。建立了不同坡度下多花木蘭根系抗拉強度、彈性模量的分布模型。
　?。?）進行草灌根系土復合體直剪試驗，研究齡期和草灌比對復合體抗剪強度的影響規(guī)律。研究表明：根土復合土的抗剪強度高于無根原狀土，草灌混合的加筋效果優(yōu)于單

4、獨的草本或灌木根系加筋。植物根系增加了土體的粘聚力和內摩擦角。90天時根土復合體粘聚力約為無根原狀土的3倍。
　　（5）在考慮植被的重力、間距，植被根系的形態(tài)分布與強度特征的條件下，推導出滑動面平行于坡面的邊坡穩(wěn)定系數的計算公式。結合ANSYS有限元數值模擬，研究邊坡淺層穩(wěn)定性的影響因素。研究表明：植被的存在減小了坡頂的張拉區(qū)和坡腳的剪應力集中帶，對邊坡淺層穩(wěn)定性有利，但對深層穩(wěn)定性影響不大。與無植被邊坡相比，深度h=0.1m時植

5、被邊坡穩(wěn)定系數提高60％（自然狀態(tài)）～260%（飽和狀態(tài)）；深度h=0.7m時，植被邊坡的穩(wěn)定系數提高約25%（自然狀態(tài)）～78%（飽和狀態(tài)）；而深度超過根系的長度穩(wěn)定性略有降低。坡度越大，根系承受的拉應力越大，有植被邊坡穩(wěn)定系數提高的幅度較無植被邊坡有所增加。灌木間距為20cm×20cm時有利于邊坡的主應力與剪應力的均勻分布，而間距對邊坡穩(wěn)定系數的影響不大。
　　本文的研究成果對于生態(tài)護坡的設計和施工具有重要的指導意義，為環(huán)境保